鄂尔多斯盆地奥陶纪马家沟期岩相古地理演化与成钾意义

本次研究主要依据龙探1井、镇钾1井等8口基干井,通过岩心观察、测井解释、镜下薄片鉴定、沉积微相分析,结合区域构造资料并参考前人研究成果,对鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组沉积相进行了识别和划分,编制或修编了鄂尔多斯盆地马家沟一期至马家沟六期各时期的岩相古地理图。研究结果表明:鄂尔多斯盆地马家沟组主要发育碳酸盐岩台地相,包含开阔台地和局限蒸发台地两种亚相,与成盐成钾密切相关的局限蒸发台地可进一步划分为云坪、盐湖、膏湖、淡化泻湖等微相;平面上,马家沟组一段—六段主要发育陆(隆)、云坪、盐湖、膏湖、开阔台地及浅滩6个古地理单元,每个古地理单元在各段的分布情况有所不同。在半封闭的构造格局、华北古陆表海为主的预备卤水补给方式和奥陶纪极端干旱的古气候条件共同作用下,使有利成钾区最终定位在鄂尔多斯盆地东部盐坳绥德地区。     

鄂尔多斯盆地西缘中奥陶统地球化学特征及古环境意义

鄂尔多斯盆地西缘位于中国东西部构造接合区,其奥陶纪末期构造体制的改变引起了广泛关注。选取老石旦剖面中奥陶统碳酸盐岩作为研究对象,通过地球化学分析,恢复其古环境特征并探索盆地西缘中奥陶世构造体制改变在沉积学与地球化学方面的响应。结果显示:(1)三道坎组和桌子山组碳酸盐岩δ¹⁸O为-5.2‰~-8.9‰,平均值为-7.0‰;δ¹³C为1.3‰~-1.8‰,平均值为-0.1‰。δ¹⁸O自下而上不断增加,并在顶部出现小幅降低。δ¹³C与δ¹⁸O变化趋势相似。(2)古环境特征表现为从三道坎组到桌子山组,水温经历了初期震荡,从32.7 ℃缓慢降至15.7 ℃。古盐度Z值呈不断增加的趋势,反映出该沉积期水体加深、盐度不断升高。(3)主量、微量元素指标反映出研究区中奥陶世沉积水体不断加深,从三道坎组到桌子山组陆源碎屑物质含量逐渐降低,指示沉积环境由局限台地向开阔台地转变。结合研究区中奥陶统构造背景,认为中奥陶世鄂尔多斯盆地西缘已经处于前陆盆地的构造体制下,逐渐受到阿拉善地块和华北板块碰撞造山影响,盆地呈现西北高、东南低的古地貌特征,从而导致蒸发浓缩的富钾卤水向东南部汇聚;因此,陕北盐盆东南部次级凹陷是海相钾盐矿床的重点勘探靶区。     

鄂尔多斯盆地马家沟组四段岩相古地理新认识及勘探区带优选

准确的岩相古地理恢复对鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组四段有利储集层预测及勘探选区选带具有重要意义。依据野外露头剖面勘查、大量新钻井岩心和岩石薄片观察、单因素图分析、测井岩石结构组分解释和地震资料解译,建立了马家沟组四段台地—台缘—盆地的沉积模式,认为台地边缘带主要沿中央古隆起展布,同时受继承性发育的寒武纪乌审旗古隆起控制,台地内发育近北东向展布的榆林—志丹次级低隆带,低隆带两侧发育台内洼地,进而形成台地内部隆洼相间的沉积格局。重磁及地震资料解释表明,鄂尔多斯盆地中晚元古代发育沿北东向展布的裂陷槽,结合怀远运动构造背景,认为该裂陷槽对马家沟期沉积格局具有重要影响。受古地貌和古裂陷槽的共同作用,马家沟组四段颗粒滩主要发育在中央古隆起和榆林—志丹低隆带,总体呈北东向近似雁列式分布,藻丘发育在盆地东部神木—米脂盐隆地区。综合构造、沉积、储集层特征及勘探实践,优选出榆林—志丹次级低隆带和神木—米脂藻丘发育带是马家沟组四段天然气大规模成藏的有利勘探区。研究结果可为鄂尔多斯盆地马家沟组四段有利储集层的预测及勘探区带优选提供重要依据。     

鄂尔多斯盆地祁连海域奥陶纪岩相古地理特征及演化

根据鄂尔多斯盆地西部及南部奥陶纪露头勘察结果,尤其是中奥陶统平凉组页岩在盆地的西部及南部普遍存在,结合地表露头及盆内钻孔资料,系统分析研究了鄂尔多斯盆地祁连海域早古生代奥陶纪不同时期沉积环境特点,分析了各沉积期的岩相古地理特征。受中央古隆起形成和祁连海向东逐渐海侵影响,马家沟组一期到五期,地形坡度较缓,鄂尔多斯盆地古地理格局由祁连海向盆地内部分别发育开阔海台地、局限海台地到蒸发台地相沉积。马家沟组六期和平凉期以及其上的上奥陶统沉积时期,主要为开阔海台地、斜坡相和深水盆地相沉积,在台地向斜坡的转换部位发育一些生物碎屑灰岩及由珊瑚组成的生物礁滩相沉积,斜坡部位发育平凉组笔石页岩斜坡相沉积,构成了华北盆地边缘中—上奥陶统一套特殊的局部天然气勘探组合。鄂尔多斯祁连海域奥陶纪岩相古地理研究具有重要的地质意义和实际生产意义。     

论鄂尔多斯盆地陕北盐洼镇钾1井奥陶系马四段的重复

陕北奥陶纪盐洼区钻探的镇钾1井"马五6盐层段"(奥陶系马家沟组五段6分段)出现了异常的岩性组合序列,盐岩厚度大幅度减薄,代之以厚度100 m以上的纯碳酸盐岩地层,这一变化单从沉积学角度无法解释。为了弄清该井异常岩性段的层位归属,开展了岩性组合、测井旋回、碳氧同位素对比和地震剖面多种资料的综合分析。纵向地层岩性、测井旋回特征、碳氧同位素对比分析表明,这套地层是构造复杂化了的异常地层序列,并非原地沉积,厚度超过100 m的碳酸盐岩地层实为马四段(马家沟组四段),与下伏原地正常沉积的马四段重复。地震剖面显示马四段重复可能与塑性盐岩卷入复杂化了的逆断层有关。因此,镇钾1井钻前预测的"马五6盐层段"实际上是以马四段为主的逆冲断片,该井地层存在重复。镇钾1井马四段重复的确认,有助于正确认识陕北盐洼区马五6地层充填序列,推动局部构造—沉积相关研究工作的进一步开展。     

鄂尔多斯盆地东南部马家沟组岩溶古地貌研究

鄂尔多斯盆地东南部马家沟组碳酸盐岩储层显示良好的天然气勘探开发前景。通过应用沉积学理论、综合地质、钻井、测井及相关实验数据得出其地球化学和沉积特征等,同时对研究区古地貌进行恢复,明确古地貌特征及对储层发育的控制作用,最终对有利储集带进行预测研究。结果表明:马家沟组储层主要为马六段和马五段灰色、灰白色厚层、块状灰岩和白云岩,二者普遍含有岩浆碳酸岩和沉积碳酸盐岩,具有δ~(13)C和δ~(18)O偏负特征,属早古生代海相碳酸盐岩沉积特征。区内古地貌呈现台地为主,沟台并存局面,以古岩溶台地、古岩溶斜坡和古岩溶盆地为主,东南部存在岩溶残丘。其中东部铝土岩风化壳、古岩溶斜坡及东南部溶蚀残丘是天然气富集的有利地带。     

鄂尔多斯盆地三道坎组混合沉积的生物扰动构造与古地理

首次在鄂尔多斯盆地西北缘桌子山地区下奥陶统三道坎组发现遗迹化石，其中绝大部分为无法鉴定遗迹属种的生物扰动构造。该组属碳酸盐岩与陆源碎屑岩互层的混合沉积，按岩性及韵律性将其分为5段，分析概括了生物扰动构造的分布、特征及形成的沉积环境。本组沉积期出现的古地理环境主要包括前滨沙滩及沙坝、云坪及含沙云坪、局限台地潮下低能、台地粒屑滩(介壳滩)和开阔台地潮下带。采用沉积学与实体化石及生物扰动构造半定量分析相结合的研究方法，阐述了各古地理单元的特征与各段沉积期的古地理环境，认为：本组沉积早期先后以含沙云坪环境、局限台地潮下低能环境为主，中、晚期则开阔台地潮下带环境频繁出现并时而占优势，反映了海平面上升的总体趋势；同时在海进的背景下，前滨沙滩、沙坝与云坪、含沙云坪或开阔台地潮下带等环境的交互出现，则反映了阿雷尼格中期本区是接近古陆的，随着相邻古陆的周期性抬升或海平面的周期性上升，出现了海陆争夺、频繁的海水进退的古地理变化，从而混合沉积发育。直形壳鹦鹉螺类化石产出状态的研究等表明三道坎组古流向是自北而南的。据岩性和古生物化石分析，本组沉积期气候干热，桌子山地区应归属早奥陶世华北亚热带干旱气候区。     

鄂尔多斯盆地北部奥陶系碳酸盐岩层序地层研究

碳酸盐岩的物源性质、形成背景、沉积机理和扩散方式都与碎屑岩有很大的差异．对于碳酸盐岩层序地层，需要从成因上、从台地的性质与演化、海不的进退、台地的淹没与暴露等方面进行研究．在总结露头层序地层工作方法的基础上，阐述了密集段、首次洪泛面和层序边界的识别标志，建立了高分辨率层序地层格架．鄂尔多斯盆地早奥陶世三道坎组沉积时，为碳酸盐岩－碎屑岩混合缓坡背景；桌子山组及克里摩里组沉积时为镶边陆架与末端陡倾缓坡的背景；乌拉力克组及中奥陶世时，转化为拗拉槽背景．由此分别建立了碳酸盐岩－碎屑岩缓坡模式和镶边陆架与末端陡倾缓坡的综合模式     

鄂尔多斯盆地大牛地气田奥陶系马家沟组中下组合沉积模式

碳酸盐岩是鄂尔多斯盆地古生代重要的油气储集层。综合利用岩心、薄片和测井资料,在鄂尔多斯盆地大牛地气田奥陶系马家沟组中下组合识别出蒸发台地、开阔台地和局限台地沉积亚相类型,详细分析了不同沉积亚相特征,建立受海平面升降控制的大牛地气田马家沟组中下组合沉积模式。马一段至马三段沉积时期海平面较低,沉积了蒸发台地相,其中马一段和马三段的盐湖微相主要分布于东南部,膏湖微相分布于盐湖外围,而马二段海平面略有上升,随之沉积了覆盖全区的泥云坪微相和膏云坪微相;马四段形成于最大海泛期,沉积开阔台地相,自下而上依次形成覆盖全区、稳定分布的灰坪微相和云灰坪微相;马五段形成于海退—海侵—海退过程,主体沉积局限台地相,马五7-10亚段的云坪微相覆盖全区,马五6亚段自西北往东南发育大面积的泥云坪微相,马五5亚段中部以灰坪微相为主,云坪微相围绕灰坪分散分布。     

鄂尔多斯盆地南部下奥陶统马家沟组沉积特征

依据鄂尔多斯盆地南部早奥陶世古构造、古地理、古水动力以及古气候背景,结合单井、野外露头沉积相分析等认为,秦岭海槽和中央古隆起的存在和演化控制盆地南部马家沟组沉积特征及演化。(1)平面上根据中央古隆起的障壁作用将其分为两大沉积区,西南区和东北区。西南区发育盆地—斜坡—台地边缘相,东北区为障壁潟湖沉积环境;(2)东北区马家沟组由"三云三灰"六段组成,马一、马三、马五段为白云岩、石膏和石盐组成的蒸发岩系,马二、马四、马六段为石灰岩夹白云岩的碳酸盐岩序列,在纵向上构成蒸发岩与碳酸盐岩间互的旋回性沉积。在此基础上进一步建立了马家沟组障壁潟湖沉积模式,该模式具有两个主要特征:(1)中央古隆起作为障壁控制秦岭海与潟湖之间的海水沟通;(2)依据海平面升降旋回将该模式动态地分为三个阶段,即与海侵期相对应的以石灰岩沉积为主的障壁潟湖沉积阶段(阶段Ⅰ)、与海退期相对应的以石灰岩夹蒸发岩沉积为主的障壁咸化潟湖沉积阶段(阶段Ⅱ)和与低海平面期对应的以膏盐岩沉积为主的障壁膏盐湖沉积阶段(阶段Ⅲ)。     

鄂尔多斯奥陶系碳酸盐岩碳氧同位素特征及其意义*

鄂尔多斯古生代海相地层沉积厚度巨大。鄂尔多斯奥陶系碳酸盐岩的碳氧同位素组成受后期成岩作用影响较小,基本保留了原始海洋的同位素组成： δ¹³C值分布于-7.30‰～2.26‰之间,均值-0.30‰;δ¹⁸O值分布于-13.14‰～-1.94‰之间,均值-6.38‰,碳氧同位素组成与全球基本一致。区域上,鄂尔多斯西缘具有相对较高的δ¹³C值,南缘次之,而东缘最低。纵向上,碳同位素组成逐渐增重,并在中晚奥陶世发生明显的正向偏移,δ¹³C均值由马家沟组的-0.36‰增加到平凉组的0.15‰,至背锅山组增加至0.68‰。碳同位素的区域分布差异表明鄂尔多斯西缘水体相对较深,南缘次之,东缘相对较浅,由早奥陶世至晚奥陶世水体逐渐加深,碳同位素组成反映的海平面变化趋势与沉积相演化一致。鄂尔多斯西南缘中晚奥陶世碳同位素组成的正向偏移,标志着较高的生产力和有机碳埋藏率,具有重要的石油地质学意义,西南缘的平凉组/乌拉力克组和背锅山组是下古生界最重要和有效的烃源岩层。     

鄂尔多斯盆地西缘早中奥陶世岩相古地理研究

通过多口探井的分层对比、岩心和薄片观察,结合多条野外露头剖面的实测,借鉴单因素分析多因素综合作图法, 对盆地西部早中奥陶世岩相古地理进行了恢复。地层厚度刻画表明,盆地西部早中奥陶世整体为三陆一洼一槽古地理格 局,分别为阿拉善古陆、伊盟古陆、庆阳古陆、定北洼地以及贺兰海槽。野外剖面岩性实测以及钻井资料对比表明,随着 贺兰海槽的拉张并向东与华北板块挤压,盆地西部先后经历了三道坎期和桌子山期的碳酸盐岩缓坡沉积、克里摩里期弱镶 边台地沉积以及乌拉力克期斜坡和盆地沉积,且发育以桌子山组为代表的台内颗粒滩储层,以克里摩里组为代表的弱镶边 台地边缘滩储层,储层普遍云化。研究区早中奥陶世发育大量深海浊流沉积,形成了巨厚的类复理石建造,但普遍不具生 烃能力,只在晚奥陶统乌拉力克组、平凉组等发育一定规模的含笔石泥页岩,具备生烃能力。     

鄂尔多斯盆地下奥陶统马家沟组障壁潟湖沉积相模式及有利储层分布规律

依据鄂尔多斯盆地古构造古地理背景、古水动力以及古气候条件,结合单井沉积相分析建立了马家沟组障壁潟湖沉积相模式,该模式分三个阶段即与海侵期相对应的以灰岩沉积为主的障壁潟湖沉积阶段(阶段Ⅰ)、与海退相对应的以灰岩夹蒸发岩沉积为主的障壁咸化潟湖沉积阶段(阶段Ⅱ)和与低海平面期对应的以膏岩盐沉积为主的障壁膏盐湖沉积阶段(阶段Ⅲ...     

蒸发背景沉积序列精细刻画及沉积学解译:以鄂尔多斯盆地中部中奥陶统马五6亚段为例*

云膏共生组合是受化学沉积分异作用控制而形成的岩石组合,对其沉积序列精细刻画,有利于揭示诸多蒸发环境下的沉积学信息。依据鄂尔多斯盆地中部奥陶系马家沟组五段6(简称“马五₆亚段”)亚段钻井、岩心资料,开展了岩石宏观和微观观察、典型沉积序列刻画等工作。研究结果表明: (1)鄂尔多斯盆地中部马五₆亚段普遍发育碳酸盐岩与蒸发岩共生组合,主要由10种岩石类型构成;(2)主要发育5种沉积序列,下云上膏的岩性组合和序列顶部多发育暴露面等特征表明单个序列具有向上变浅、变咸的演化特征,是蒸发台地叠合海水渐次补给作用的结果;(3)在局限—蒸发台地环境下,主要发育潟湖/滩间海、颗粒滩、灰泥丘、台坪4种沉积亚相及11种沉积微相,与经典的蒸发潮坪序列在岩性组合与沉积构造方面存在明显的差异;(4)马五₆亚段沉积期发育2次海平面升降,沉积环境可分别对应于云(膏)质潟湖—灰泥丘/颗粒滩—膏质潟湖—蒸干膏质潟湖和灰泥丘/颗粒滩—膏质潟湖—蒸干膏质潟湖—台坪。该研究结果可为鄂尔多斯盆地马五₆亚段沉积环境与海平面变化研究提供系统的岩石学证据。     

鄂尔多斯中部奥陶系水溶烃的分子地球化学特征

应用GC、GC/MS分析法，系统剖析了鄂尔多斯中部奥陶系马家沟组水溶烃的分子地球化学特征，对其生物标志物组成、成熟度和成因进行了研究。研究认为，鄂尔多斯中部马家沟组水溶烃系高-过成熟阶段的烃产物，主要来源于古生界海相碳酸盐岩的贡献，并且不同井区水溶烃的有机质生源构成和成熟度等存在差异，从北（陕81井）到南(陕12井)，水溶烃组成中菌藻类低等生源比例增加，反映了古生界源岩的贡献增大。     

鄂尔多斯盆地奥陶系白云岩成岩相地球化学特征*

白云岩是鄂尔多斯盆地奥陶系海相碳酸盐岩层系最主要的岩石类型和天然气藏的主要储集层。文中探讨了鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组白云岩成岩相的岩相与地球化学特征及其识别方法。根据岩心及露头观察、薄片鉴定、全岩X衍射、元素分析和碳、氧、锶同位素测试数据,识别出8种白云岩成岩相类型(准同生云化相、膏盐溶角砾相、活跃回流云化相、隐伏回流云化相、海水云化相、表生岩溶角砾相、埋藏溶蚀相和埋藏重结晶相),其分别形成于蒸发海水、中等盐度海水、正常海水、早期淡水、表生淡水及地层水成岩环境,隶属于近地表、风化壳及中—深埋藏3个成岩系统。建立了Fe-Mn、Cs-Sc、(K×Tl)/Na-(Sc×Ni)/Sr、δ¹³C-⁸⁷Sr/⁸⁶Sr 成岩相判别模版。弱活动性元素Sc、Ni和稳定重同位素¹³C、¹⁸O富集于蒸发海水类成岩相,较活动性元素Cs富集于中等盐度及正常海水类成岩相;K、Tl富集于还原环境成岩相,Fe、Mn富集于氧化环境成岩相;表生类成岩相以富含大量吸附态分散元素和 ⁸⁷Sr 为特征。研究结果表明,近地表及风化壳成岩系统决定了研究区马家沟组白云岩的成岩相及其地球化学特征,且岩相学研究及地球化学实验是开展白云岩成岩机理研究的有效手段。     

宁夏天景山奥陶纪碳酸盐岩地球化学相关性研究

宁夏天景山—米钵山奥陶纪马家沟组为一套台地碳酸盐岩沉积,米钵山组为一套台地前缘斜坡重力流沉积的碎屑岩夹泥质岩、碳酸盐岩。两组地层碳酸盐岩主要氧化物、微量元素和稀土元素具有明显的时空演化规律,地球化学特征既有独立性,又有相关性,与岩石宏观特征相一致,与沉积环境相关联。